创意工程主题赛赛项说明.pdf

2023 全国青少年信息素养大赛赛项说明 （2023世界机器人大会青少年机器人设计与信息素养大赛-信息素养类竞赛） 类别：智能应用 赛项名称：创意工程主题赛 全国青少年信息素养大赛组委会 2023 年 1 月 -1- 一、比赛简介 2022 年 9 月，国务院印发《关于新时代进一步加强科学技术普 及工作的意见》指出，促进科普与科技创新协同发展，增强科学兴 趣和创新意识作为素质教育重要内容，把弘扬科学精神贯穿于教育 全过程。本赛项是在大力发展科创教育与人工智能教育的基础上为 提高青少年创新创造能力，三维空间想象力和实践动手能力而设立 的。通过竞赛方式，在广大青少年群体中普及信息技术与人工智能 应用相关知识，培养青少年的计算思维和 3D 设计思维。 本竞赛项目通过参赛选手基于三维设计和软件编程工具，利用 3D 打印设备、智能硬件及提供的材料完成结构载体与生活场景的智 能改造。通过设计模型架构完成作品搭建，通过编程完成比赛项目 设定的传感器控制任务，并向评委展示和答辩。 特别声明：根据 2022 年 3 月教育部等四部门印发《面向中小学 生的全国性竞赛活动管理办法》，本竞赛项目与任何培训服务、商品 销售、升学促进、等级考试、食宿旅行等活动无关，赛事组织单位 不面向本竞赛项目收取任何费用。欢迎社会监督。 二、比赛主题 赛项主题为“创想启程、探索世界”。 三、比赛内容 （一）通用内容 比赛过程将全面检验参赛选手基于 3D 打印与 Scratch/Arduino 开源平台的技术实现能力，提高青少年对三维设计和智能应用综合 技术的兴趣，培养青少年的创意思维和计算思维能力。 -2- 比赛内容为两个部分：现场比赛部分和技术展示部分。 1.现场比赛部分：参赛队伍根据已经公布的比赛主题进行作品 的载体设计，其次带着设计好的 3D 打印作品，对赛题任务内容进行 分析及创意构思,按赛事要求完成三项任务，并将两项技术融为一 体。 2.技术展示部分：在完成作品调试后，将《赛项创作设计》表 格提交给评委，向专家评委和其他参赛学生展示其作品，并回答专 家评委提出的问题。 技术展示主要考核参赛者的综合技术实力和对智能传感方向项 目开发的理解，通过现场技术答辩形式完成。要求参赛者在规定的 时间通过 PPT 演讲展示技术能力和设计理念，PPT 内容包括但不仅 限以下几点： (1)团队介绍（500 字以内，包括团队名称、团队口号、竞赛理 念、成员姓名、性别、年龄及成员个人分工及特长介绍）； (2)设计理念（500 字以内，技术平台、设计思想、实现主要过 程）； (3)制作过程中的图片或影像资料（图片格式为 JPG，单张大小 不超过 1M；视频格式为 MP4，不超过 2 段，每段大小不超过 20M，文件名中标注拍摄日期）； (4)器件清单； 答辩需参赛队于比赛现场自行邀请答辩裁判在本队的整理区进 行，答辩不得超过 5 分钟。裁判在答辩后会提出一些问题并根据答 辩情况打分。 （二）分级/分组内容 -3- 1.本赛项晋级过程包括初赛（在线预选赛）、复赛（地区选拔 赛）和决赛（全国总决赛）三个级别。 2.选手报名组别按参赛选手目前在读学段分为小学组、初中 组、高中组。 3.本赛项以团队形式报名，每团队人数为 2 人。 比赛内容 适用级别 适用组别 提交 3D 打印作品源文件及一项智能家居 初赛 小学组、 或智慧医疗方向的创意作品演示视频； （在线） 初中组、 按组别完成理论测试试题（20 道单选 高中组 题、10 道判断题、10 道多选题） 参赛选手带着设计好的 3D 打印作品结 构，对赛题任务内容进行分析及创意构 复赛 小学组、 （地区） 初中组、 思,制作三个任务的控制系统，将 3 作品 高中组 与控制系统融合成一个完整的作品。 从复赛的三项任务中随机挑选两项，并 决赛 小学组、 在此基础之上额外新增一项对应组别主 初中组、 题的智能传感任务。 高中组 四、场地（道具） 决赛现场将按小学组、初中组、高中组组别进行赛事区域划 分，现场相关工作由组委会工作人员进行执行，指导老师与选手家 长不可进入比赛场地。 决赛现场组委会将按照组别分别向参赛选手提供比赛制作所需 要的器材及物品清单如下： 自备器材清单 1 电脑：品牌不限；系统要求 Windows7 以上；支持 Open GL3.2 以上 -4- 小学；初中；高 2 建议使用软件：三维创意设计软件；打印机切片软件；图形化编程软件、 中（含中职；职 Mixly、pycharm 编译器 高） 3 开源系列控制板（可复数携带、需支持 IDE 或 C 语言进行编程） 4 结构件：提前设计 3D 打印作品（打印材料 PLA、ABS） 传感器要求：LED 灯×3、全彩灯带、音乐蜂鸣器、按键传感器×2、旋钮电 位器、遥控器、温湿度传感器、震动传感器、火焰传感器、光敏电阻传感 5 器、声音传感器、土壤湿度传感器、人体感应传感器、水位传感器、超声波 传感器、霍尔传感器、红外接收模块、模块化风扇、舵机、视觉识别传感 器、语音识别传感器等 6 人工智能模块库：根据任务自行选配，相关软件需自行安装 现场提供器材清单 1 塑料结构件、3D 打印机及耗材（PLA、ABS）； 基本文具（铅笔、水笔、橡皮等）。 2 桌椅：1 套/队 3 电源：220V 小学；初中；高 中（含中职；职 高） 五、规则和得分 （一）比赛规则 1.本次比赛的原则为非禁止即许可； 2. 参赛选手熟悉智能硬件及及切片软件相关使用方法并利用组 委会提供的器材，现场完成参赛作品； 3.载体的设计要求:提交作品的 3D 建模源文件、STL 切片文 件；整体作品尺寸不得超过 40×30×30cm；预留 3D 打印作品与智 能硬件的连接孔位或采取其它连接方式； 4.参赛作品的创意、设计、制作应由学生独立完成； 5.参赛队伍需保存作品源程序文件、记录关键制作步骤； 6.参赛作品必须为参赛队伍原创，作品不得剽窃、抄袭、顶替 他人作品，如因此引起任何法律纠纷，其法律责任由参赛选手本人 承担，并取消选手的参赛资格和获奖资格； 7.每支队伍限提交一件作品； 8.比赛过程中，不得干扰其他参赛队伍的竞技状态； 9.本规则的解释权归大赛组委会。 -5- （二）作品设计、制作及调试内容： 小学、初中组：智能家居生活 （A1）智能起夜灯。 起夜灯，是指在晚上起夜时能够自动点亮、自动熄灭的智能照 明灯具。可安放在卧室、卫生间、客厅过道等处，晚上不用摸黑开 灯，起夜更加方便、安全，尤其适合老年人使用，能够有效预防起 夜跌倒。 要求：利用声音传感器、人体运动传感器、光敏传感器和 RGB 全彩灯完成案例设计。 1.反馈出环境范围的声音数值变化； 2.反馈出环境光线强度的变化； 3.环境明亮时，起夜灯位置的照度值低于光感应阀值，此时光 感应模块锁定电路，人体感应模块不工作，起夜灯不会点亮。 4.当环境内光线较暗、突然有较强声音发出的时候或者检测到 起床动作的时候让 RGB 彩灯点亮（柔和光线、橘黄颜色、持续 10 秒 钟） 5.将作品嵌入在设计好的 3d 打印作品上，载体上需要有 3D 打 印的字体标注“智能起夜灯”。 （A2）视力保护仪。 为了防止台灯的使用者距离太近或者坐姿不正，利用超声波传 感器测量眼睛与桌面之间的距离，如果距离小于设定值，则音乐蜂 鸣器播报提示音、台灯闪烁。实现安全护眼距离的视力保护仪。 1.超声波分别测量 10 厘米以内、10-30 厘米范围、30-50 厘米 范围、50-80 厘米并显示在数码管模块上。 -6- 2.当出现距离桌面过近的情况出现后（小于 20cm），台灯则出 现红灯闪烁、蜂鸣器报警，起到警示效果。 3.当检测到距离范围符合设定值，根据护眼灯的应用原理，进 行白光的常亮显示。 4.将作品嵌入在设计好的 3d 打印作品上，载体上需要有 3D 打 印的字体标注“视力保护仪”。 （A3）多功能风扇 风扇是一种常用的家用电器，如果对现有功能进行改造是竞赛 选手需要思考的点。 1.遥控控制：当按下遥控器的↑按键，控制风扇转速不断加 速；当按下↓按键，控制不断减速直至停转。 2.自动控制：当检测到环境温度相对较热时，自动启动风扇功 能。 3.结构设计：当旋钮电位器旋转，控制风扇舵机按照电位器要 求的角度精准摆动，完成摇头风扇设计功能；当按键按传感器按 下，舵机控制风扇自动摆动。 4.将作品嵌入在设计好的的 3d 打印作品上，载体上需要有 3D 打印的字体标注“多功能风扇”。 高中组：创想启程、探索世界——智慧医疗设计 （B1）语音识别控制 利用语音识别模块识别声音。 1.当发出“开灯指令”时，小灯打开；当发出关灯指令时，小 灯熄灭。 2.说“呼吸”实现 LCD 显示屏呼吸灯效果，显示屏由亮逐渐变 -7- 暗、再由暗逐渐变亮。 3. 将作品嵌入在设计好的的 3d 打印作品上，载体上需要有 3D 打印的字体标注“语音识别”。 （B2）人脸核验后道闸监测消毒系统。 人脸识别技术是生物特征识别领域中基于生理特征的一种识别 方式，是通过计算机提取人脸特征，并根据这些特征进行身份识别 以达到监督、监管、控制目的的一项技术。 一种基于人脸识别的自助核验通行控制监控系统，包括自助核 验闸机系统、自动消毒按压器，系统包括舵机、摄像头模块、人体 温度传感器，舵机动力系统和语音模块； 1.首先由 MLX90614 设置人体温度的框架，成功反馈人体的实际 温度； 2.特征检测算法分析摄像头检测到的视频流人物是否正确佩戴 口罩。 3.通过语音合成功能反馈以上信息（温度是否正常、口罩是否 佩戴正确） 4.识别到监测信息后进行人体温度检测，温度符合程序范围则 道闸打开，消毒液挤出，病人进行手部消毒。 5. 将作品嵌入在设计好的的 3d 打印作品上，载体上需要有 3D 打印的字体标注“智能道闸消毒”。 （B3）医疗垃圾分类提示器。 通过模型训练将摄像头识别到的不同的医疗垃圾进行标注，并 将相应物品名称反馈在液晶显示屏上，并通过语音合成技术将识别 到的物品进行播报提示（举例：此物为感染性废弃物、是有害垃 -8- 圾，应该焚烧处理） 1.摄像头安装无误、拍摄画面清晰，实现图像的实时采集 2.语音合成技术完成不同垃圾物品的播报反馈（举例：此物为 锂电池、是有害垃圾，应该放入有害垃圾筒内） 3.调用编程框架搭建、camera 镜像等、原始数据与训练数据的 程序体现，存储模型路径、通信频率、概率阈值、模型学习框架选 择均无误 4.通过 AI_Local 模型训练实现四种不同垃圾物品的识别，并将 识别到的物品名称和准确率反馈在显示屏上，不同物品的识别准确 率在 90%以上。 5. 将作品嵌入在设计好的的 3d 打印作品上，载体上需要有 3D 打印的字体标注“医疗垃圾分类”。 注：现场设计、制作、程序设计、调试总时间 120 分钟； （三）比赛得分 比赛总分值为 100 分，分别为现场比赛部分和技术展示部分得 分，得分规则如下： 1.现场比赛部分得分规则： 现场比赛部分总分 60 分，具体项目得分详见附件计分表。 2.技术展示部分得分规则： 参赛队除了积极准备现场的智能传感设计任务外，还需统筹好 时间，邀请答辩裁判到本队的备赛区进行技术展示答辩。答辩可于 比赛期间任意时间进行。只有通过答辩的队伍其比赛成绩方视为有 效。 技术展示部分总分 40 分，具体项目得分详见表 1 -9- 表 1 技术展示部分分值表 项目 总分 团队介绍 8 3D打印结构的设计理念 8 制作过程中图片和相关资料 4 器件清单 4 三维设计图纸的电子文档 4 整体项目设计程序 12 3.违规扣分 当发生如表 2 所示情形时，扣除相应分数，乃至勒令退赛。 表 2 违规扣分分值表 不能提供作品的任何技术文档 -15 分 无任何 3D 打印技术体现 -5 分 比赛任务传感器选配错误 -2 分/次 4.比赛总得分 各支队伍的总成绩为现场比赛得分与技术展示得分之和。 勒令退赛的队伍比赛总得分为零分。 六、报名 参赛选手应于规定时间通过大赛官方网站完成报名。参赛选手 报名基本要求如下： （一）应以团队的形式完成报名，每团队人数为 2 人； （二）只能报名一个组别且符合对应年龄和年级； （三）根据对应组别和级别要求，熟悉三维设计软件、3D 切片 软件、Scratch/Mixly/Python 编程的基础知识和基本操作，能独立 -10- 完成建模设计、作品搭建和传感编程，可以对作品进行演示、讲 解。 参赛选手需要参加初赛的，应按要求及时提交初赛作品，并随 时关注官网或报名手机的结果反馈信息。 大赛官方网站：www.kpcb.org.cn （2023 大赛频道） ceic.kpcb.org.cn 大赛官方微信公众号：中国电子学会科普中心 （请保持关注） 七、参赛技术要求 （一）初赛 自备笔记本电脑。电脑操作系统：Mac OS、Win 7 或以上操作 系统；浏览器采用谷歌浏览器（69.0 版本以上）、QQ 浏览器。 （二）复赛和决赛 可使用大赛组委会提供的电脑或自备许配电脑。要求同上。 1.主板主控芯片的采用如下类型： Atmega328P、K210。 2.现场制作部分每组限时 120 分钟。 3.技术展示部分每组限时 5 分钟。 八、奖项和晋级 大赛采用初赛，复赛和决赛三级赛制。初赛和决赛由大赛组委 会统一组织，复赛由地区承办单位组织。 （一）初赛：通过线上方式完成，由大赛组委会组织。根据成 绩排名获取晋级复赛资格，初赛不设奖项。 （二）复赛：按赛区组委会要求，通过现场或线上方式完成。 复赛时间以赛区组委会赛前通知为准。复赛奖项设置一等奖、二等 奖、三等奖。 -11- （三）决赛：按大赛组委会要求通过现场方式完成。赛奖项设 置分为：一等奖、二等奖、三等奖、优秀指导教师奖和优秀组织单 位奖，获奖结果根据决赛现场裁判结果（含电脑评分结果），按综合 成绩从高到低遴选得出。 （四）复赛和决赛不确保每名参赛选手获奖，作品不符合参赛 要求或成绩排名靠后者不获得奖项。 （五）奖项及成绩排名作为晋级的参考标准之一，但不作为唯 一标准，具体获奖及晋级名单以赛后公示为准。 九、比赛流程 （一）初赛 时间：2023 年 5 月（以大赛官网通知为准）。 形式：选手在规定时间内完成在线答题，初赛试题以理论知识 为主。 初赛样题示例： —— 小学组、初中组 1.同时具有抗紫外线、耐水性以及高机械强度的 3D 打印耗材是( D ) A．ABS B．PLA C．HIPS D．ASA 2.在打印 PLA 时热床使用的常设定温度是 50-60℃（√） 3.PWM 指在数字系统中，通过调整高电平来实现模拟输出（ 4.感受到人类加工后的信息有（AD ）。 A、看到钟表指示的时间 -12- × ） B、在盛夏树林里感受到的清风 C、春天在丁香树下闻到的阵阵清香 D、报纸上的天气预报内容 —— 高中组 1.模拟输入引脚有 ADC 功能，将外部输入的__信号转换成芯片运算时可以 识别的__信号，从而实现读入__的功能。( A ) A.模拟值电压、数字、模拟值 B.数字、模拟值、模拟值电压 C.模拟值电压、模拟值、数字 D.模拟值、模拟值电压、数字 2. 为了完成更加复杂的任务，工程师必须让计算机变得再聪明一些，能够 自动“学习” ，从已有的历史数据和经验中自动分析、总结规律，并利用自己总 结出来的规律，对新输入的数据进行预测，这就是机器学习算法。 （ √ ） 3.下列对算法的 3 种基本结构描述中，正确的是（ACD）。 A、顺序结构是任何程序都离不开的算法结构 B、选择、循环结构是按一条直线执行下来的，没有任何分支和重复现象的 算法结构 C、选择结构又叫分支结构 D、循环结构就是可以根据一定的条件有规律地反复执行某些操作的结构 （二）复赛 时间：2023 年 6-7 月 形式：复赛形式及具体安排时间以赛区组委会通知为准，参赛 选手需按通知要求在赛前或赛中完成作品。 （三）决赛 -13- 时间：2023 年 8-9 月 分为创意制作和作品展示两个部分。具体如下： 第一部分：选手在比赛现场完成编程功能测试，每组限时 120 分钟。 第二部分：根据主题要求，选手携带编程作品现场展示，介绍 创作思路、讲解和展示编程内容，每人限时 5 分钟，结合裁判组提 问进行解答。 具体内容以赛前通知为准。 十、其他说明 （一）基本比赛要求 1.组委会工作人员（包括裁判及专家组成员），不得在现场比赛 期间参与任何对参赛选手的指导或辅导工作，不得泄露任何有失公 允的竞赛信息。 2.参赛选手须提前 5 分钟入场，按指定位置就座。比赛过程中 不得随意走动，不得扰乱比赛秩序。 3.参赛选手可携带书写工具如钢笔、签字笔、铅笔等，及计时 工具手表等进入场地。不得携带软盘、光盘、U 盘、硬盘等外接存 储设备或介质。在竞技期间不得与其他选手交谈，不得干扰其它选 手备赛，不得损坏公用设备。 4.选手在展示和比赛过程中对题目、设备以及编程环境有疑问 时，应举手向大赛工作人员提问。选手遇有计算机或软件故障，或 其他妨碍比赛的情况，应及时举手示意大赛工作人员及时处理。 （二）裁判和仲裁 1.初赛、复赛和决赛的裁判工作根据比赛内容和规则执行。 -14- 2.比赛采用的是比赛结果即时发布制。如果参赛选手对裁判结 果有异议，应当于当天比赛结束后 2 小时以内提出申诉。申诉需要 采用书面形式提交，并具体说明在比赛过程中疑似异常情况的时 间、相关人员、异常内容、相关证明资料（照片或视频）和对比赛 结果不满的原因。 仲裁委员会在接到申诉意见后，将视需要组织评审专家进行复 核评估，并在 1 个工作日内将处理意见反馈给申诉人。 3.复赛仲裁由复赛组委会仲裁组完成，不跨区、跨级仲裁；决 赛仲裁由决赛组委会仲裁组完成。 （三）比赛规则的解释权归大赛组委会。 十一、报名联系 具体报名细则请登录大赛官方网站查询。 技术咨询电话：武老师 15921667996 周老师 16620781190 大赛监督电话：010-68600718/68600710 大赛监督邮件：kepujingsai@163.com 大赛官方网站：www.kpcb.org.cn 2023 全国青少年信息素养大赛组委会 2023 年 1 月 -15- 附件一： 小学组、初中组计分表 注：决赛如配有相应的电子计分系统，不需要计分表完成。此表仅作参考。 3D 创意工程主题赛计分表 参赛人/团队： 类别 组别：□小学组 □初中组 评分内容 考核标准 分值 反馈出环境范围的声音数值变化、反馈出环境光线强度的变化 环境明亮时，起夜灯位置的照度值低于光感应阀值，此时光感 任务 1 智能起 夜灯 应模块锁定电路，人体感应模块不工作，起夜灯不会点亮 3 3 当环境内光线较暗、突然有较强声音发出的时候或者检测到起 床动作的时候让 RGB 彩灯点亮（柔和光线、橘黄颜色、持续 10 4 秒钟） 超声波分别测量 10 厘米、30 厘米、50 厘米、80 厘米并显示在数 码管模块上 任务 2 视力保 当出现距离桌面过近的情况出现后（小于 20cm），台灯则出现 护仪 红灯闪烁、蜂鸣器报警，起到警示效果 当检测到距离范围符合设定值，根据护眼灯的应用原理，进行 白光的常亮显示 遥控控制：当按下遥控器的↑按键，控制风扇转速不断加速； 当按下↓按键，控制不断减速直至停转 任务 3 多功能 风扇 自动控制：当检测到环境温度相对较热时，自动启动风扇功能 5 5 5 5 10 结构设计：当旋钮电位器旋转，控制风扇舵机按照电位器要求 的角度精准摆动，完成摇头风扇设计功能；当按键按传感器按 10 下，舵机控制风扇自动摆动 基础检测：控制系统整体尺寸合理（布置在 30cm×30cm×30cm 的空间内） 。 3D 打印 场景 作品 载体 2 各任务标识正确，能明显表达命题概念，体现命题主题 2 基板打印线条均匀、作品无气泡、斑点 3 作品重心稳定、结构美观、连接处紧密、富有个性、极具创意 3 关于取消比赛资格的记录： 裁判员： 裁判长： 记分员： 数据录入： -16- 得分 附件二： 高中组计分表 注：决赛如配有相应的电子计分系统，不需要计分表完成。此表仅作参考。 3D 创意工程主题赛计分表 参赛人/团队： 类别 组别：□ 高中组 评分内容 考核标准（高中） 分值 当发出“开灯指令”时，小灯打开；当发出关灯指令时，小灯熄 任务 1 语音识 灭。 别控制 说“呼吸”实现 LCD 显示屏呼吸灯效果，显示屏由亮逐渐变暗、 再由暗逐渐变亮 首先由 MLX90614 设置人体温度的框架，成功反馈人体的实际温 任务 2 人脸核 度 验后道 特征检测算法分析摄像头检测到的视频流人物是否正确佩戴口 闸监测 罩、通过语音合成功能反馈以上信息（温度是否正常、口罩佩戴 消毒系 状态） 统 识别到监测信息后进行人体温度检测，温度符合程序范围则道闸 打开，消毒液挤出，病人进行手部消毒 摄像头安装无误、拍摄画面清晰，实现图像的实时采集 语音合成技术完成不同垃圾物品的播报反馈（举例：此物为锂电 池、是有害垃圾，应该放入有害垃圾筒内） 医疗垃 任务 3 圾分类 提示器 5 5 5 5 5 5 5 调用编程框架搭建、camera 镜像等、原始数据与训练数据的程序 体现，存储模型路径、通信频率、概率阈值、模型学习框架选择 5 均无误 通过 AI_Local 模型训练实现四种不同垃圾物品的识别，并将识别 到的物品名称和准确率反馈在显示屏上，不同物品的识别准确率 10 在 90%以上。 基础检测：控制系统整体尺寸合理（布置在 30cm×30cm×30cm 的空间内） 。 3D 打印 场景 作品 载体 2 各任务标识正确，能明显表达命题概念，体现命题主题 2 基板打印线条均匀、作品无气泡、斑点 3 作品重心稳定、结构美观、连接处紧密、富有个性、极具创意 3 关于取消比赛资格的记录： 裁判员： 裁判长： 记分员： 数据录入： -17- 得分